兩種建筑材料外照射劑量控制模式的比較

張永貴 王忠文 李增寬

（中國建筑材料科學(xué)研究總院，中國建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心有限公司，北京 100024）

1 引言

上世紀(jì)八十年代，國家環(huán)保局、國家建材局和衛(wèi)生部都對(duì)建筑材料的放射性進(jìn)行了研究，并且制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。國家環(huán)保局和國家建材局聯(lián)合制定了GB6763-86《建筑材料用工業(yè)廢渣放射性物質(zhì)限制標(biāo)準(zhǔn)》，同時(shí)在2000年對(duì)其修訂，并且發(fā)布為GB6763-2000《建筑材料產(chǎn)品及建材用工業(yè)廢渣放射性物質(zhì)控制要求》。衛(wèi)生部制定了 GB6566-86《建筑材料放射衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》，同時(shí)在2000年對(duì)其修訂，并且發(fā)布為GB6566-2000《建筑材料放射衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》。此外，衛(wèi)生部和建材地質(zhì)勘查部門制定JC518-93《天然石材產(chǎn)品放射防護(hù)分類控制標(biāo)準(zhǔn)》，并且于1996年進(jìn)行了修訂。三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的外照射控制模式的理論基礎(chǔ)是一致的，在控制值方面存在一定的差異，不利于管理部門的執(zhí)法，同時(shí)給企業(yè)生產(chǎn)也帶來一些困惑。于是在2001年，三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)合并為了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》。該標(biāo)準(zhǔn)的外照射控制模式沿用了原有標(biāo)準(zhǔn)的模式，對(duì)控制值進(jìn)行了調(diào)整。

以beck公式為理論基礎(chǔ)，采用蒙特卡羅模擬計(jì)算出房間內(nèi)空氣吸收劑量率和鐳-226、釷-232、鉀-40放射性比活度關(guān)系（以下簡(jiǎn)稱劑量轉(zhuǎn)換關(guān)系），再根據(jù)個(gè)人劑量限值及實(shí)際房間的修正推出外照射劑量控制模式。當(dāng)時(shí)主要考慮磚混結(jié)構(gòu)、木磚結(jié)構(gòu)，沒有考慮到瓷磚和石材等裝飾材料，因此只有一種劑量轉(zhuǎn)換關(guān)系，沒有根據(jù)建筑材料的多樣性，推出多種劑量轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而讓控制模式的多樣化。本文對(duì)我國建筑材料外照射劑量模式和歐盟建筑材料外照射劑量模式進(jìn)行比較，同時(shí)對(duì)兩種外照射劑量模式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，探討其合理性，并為建立更為合理和科學(xué)地建筑材料外照射控制模式提出相關(guān)建議。

2 《建筑材料放射性核素限量》標(biāo)準(zhǔn)中外照射控制模式

GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》將我國現(xiàn)行建筑材料分為建筑主體材料和裝飾裝修材料。

標(biāo)準(zhǔn)中外照射控制模式[1]為：

Iγ為外照射指數(shù)：

CRa、CTh、Ck分別為建筑材料中鐳-226、釷-232、鉀-40的放射性比活度，單位Bq/kg；

370、2 60、420分別為僅考慮外照射的鐳-226、釷-232、鉀-40單獨(dú)存在時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基本限值。

建筑主體材料Iγ≤1.0，空心率大于25%Iγ≤1.3；裝飾裝修材料分類控制，A類Iγ≤1.3；B類Iγ≤1.9;C類Iγ≤2.8。Iγ≥2.8的用于碑石、海堤、橋墩等。

3 歐盟外照射劑量控制模式

I為放射性活度濃度指數(shù)[2]：

CRa、CTh、Ck分別為建筑材料中鐳-226、釷-232、鉀-40的放射性比活度，單位Bq/kg；

大量使用的主體材料：如混凝土，當(dāng)I≤0.5時(shí)，由建筑材料引起的附加劑量為0.3mSv；當(dāng)I≤1.0時(shí)，由建筑材料引起的附加劑量為1.0mSv。

表面材料及那些用量少的材料：如瓷磚，等，當(dāng)I≤2時(shí)，由建筑材料引起的附加劑量為0.3mSv；當(dāng)I≤6時(shí)，由建筑材料引起的附加劑量為1.0mSv。

4 兩種劑量模式的比較

4.1 劑量轉(zhuǎn)換關(guān)系

我國的劑量控制模式采用的是3.3×4.5×2.8m3，墻厚為22cm，同時(shí)對(duì)門窗做出修正得到了比活度和空氣照射量率的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：

為照射量率,μr/h；CRa、CTh、CK的單位是Pci/g；

將（3）轉(zhuǎn)換成空氣吸收劑量率

D為空氣吸收劑量率,nGy/h；CRa、CTh、CK的單位是Bq/kg；

歐盟的劑量控制模式采用比活度和空氣吸收劑量率的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下[2]：

Ⅰ、地板和頂板以及四周的墻都為同一建筑材料時(shí)（當(dāng)所有結(jié)構(gòu)都為一種建筑材料）

D為空氣吸收劑量率,nGy/h；CRa、CTh、CK的單位是Bq/kg

Ⅱ、地板和四周的墻都為同一建筑材料時(shí)（頂板為木頭）

D為空氣吸收劑量率,nGy/h；CRa、CTh、CK的單位是Bq/kg

Ⅲ、地板為一種建筑材料（混凝土地板的木屋）

D為空氣吸收劑量率,nGy/h；CRa、CTh、CK的單位是Bq/kg

Ⅳ、表面材料：如所有的墻面為瓷磚或石材（厚度為3cm，密度為2600kg·m-3）

表1 滿洲里某辦公樓各種建材樣品放射性比活度

表2 滿洲里某辦公樓空氣吸收劑量率

D為空氣吸收劑量率,nGy/h；CRa、CTh、CK的單位是Bq/kg。

兩種轉(zhuǎn)換劑量轉(zhuǎn)換關(guān)系都基于混凝土房間，通過蒙特卡羅模擬計(jì)算得出，但是歐盟的控制模式更為詳細(xì)，更加的科學(xué)。比較（4）式和（6）式，可以發(fā)現(xiàn)兩者幾乎是一致的，但是目前GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)任何建筑材料的控制都是基于該轉(zhuǎn)換系數(shù)，存在著一定缺陷。

4.2 附加劑量

基于ICRP公眾的劑量限值為1.0mSv，我國采用的未摻渣燒結(jié)粘土磚作為本底值，采用（5）式的劑量轉(zhuǎn)換關(guān)系計(jì)算得出室內(nèi)外照射本底劑量為0.48mSv，因此將建筑主體材料引起的附加劑量控制在0.5mSv以內(nèi)，假設(shè)各種核素單獨(dú)存在，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的修正，推出（9）式：

330、2 60、3800分別為僅考慮外照射的鐳-226、釷-232、鉀-40單獨(dú)存在時(shí)，計(jì)算出的限值。

結(jié)合《建筑材料放射衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)（9）進(jìn)行了調(diào)整，得出了（1）的控制模式。由于裝飾裝修材料對(duì)室內(nèi)外照射影響相對(duì)要小，控制模式中將外照射指數(shù)放大至1.3，此時(shí)引起的附加劑量為0.5mSv以內(nèi)，因此若將（4）除以1.3，可以推出裝飾裝修材料的劑量轉(zhuǎn)換關(guān)系（10）式：

(10)與（9）還是相差甚遠(yuǎn)。

歐盟在計(jì)算附加劑量方面，采用的室內(nèi)本底即為室外地層空氣吸收劑量率50nGyh-1，外照射本底劑量為0.245mSv，采用（5）式至（8）式分別計(jì)算出空氣吸收劑量率，然后再減去本底，并建議在歐洲范圍內(nèi)將由建材帶來的附加劑量控制在0.3mSv ～1.0mSv。

5 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

2008年7月，在內(nèi)蒙古自治區(qū)滿洲里市某辦公樓的一層、二層和三層有代表性的房間進(jìn)行了空氣吸收劑量率的測(cè)量，同時(shí)對(duì)該辦公樓使用的建筑主體材料燒結(jié)磚、混凝土砂灰、瓷磚（包括墻磚和地磚）、衛(wèi)生潔具進(jìn)行取樣，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行放射性比活度的分析。分析結(jié)果如表1。

表3 采用我國建筑材料外照射劑量率轉(zhuǎn)換模式進(jìn)行計(jì)算

表4 采用歐盟建筑材料外照射劑量率轉(zhuǎn)換模式進(jìn)行計(jì)算

表5 空氣吸收劑量率測(cè)量值和計(jì)算

該辦公樓于2007年投入使用，業(yè)主無意間發(fā)現(xiàn)當(dāng)攜帶便攜式能譜儀進(jìn)入該辦公樓，其發(fā)生報(bào)警，儀器設(shè)定值0.3μGy/h（使用儀器校準(zhǔn)源校準(zhǔn)，儀器準(zhǔn)確無誤），于是邀請(qǐng)我們?nèi)ガF(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)并排查，測(cè)得空氣吸收劑量率見表2。

房間1、房間2和房間3面積都在15m2～18m2，內(nèi)有衛(wèi)生間，房間高度約3.0m，空氣吸收劑量率測(cè)點(diǎn)基本布置在房間的中心，房間的四周37cm厚的磚墻，地板和地板是混凝土，地面裝飾材料為地磚，根據(jù)取樣分析，結(jié)合我國建筑材料外照射劑量模式和歐盟建筑材料外照射劑量模式，對(duì)測(cè)量結(jié)果和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析比較。

表1-3為目前我國《建筑材料放射性核素限量》標(biāo)準(zhǔn)中采用的計(jì)算方法，只采用同一劑量轉(zhuǎn)換模式去計(jì)算，不夠合理，造成其結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值相差甚遠(yuǎn)；表4采用不同轉(zhuǎn)換關(guān)系，根據(jù)房間中建筑材料的組成，選擇計(jì)算關(guān)系，得到的空氣吸收劑量率實(shí)際測(cè)量值相近。空氣吸收劑量率測(cè)量值和計(jì)算值見表5。

6 相關(guān)建議

本文對(duì)兩種建筑材料外照射劑量控制模式的劑量轉(zhuǎn)換關(guān)系和附加劑量計(jì)算兩個(gè)方面進(jìn)行了比較，并進(jìn)行了一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有建筑材料外照射劑量控制模式存在一定的缺陷，建議對(duì)外照射劑量轉(zhuǎn)換關(guān)系方面進(jìn)行更多地研究和驗(yàn)證。由于目前我們國家已經(jīng)逐步禁止使用粘土磚，建議室內(nèi)本底采用室外地層空氣吸收劑量率。

[1]GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》

[2]Radiation protection 112 《Radiological Protection Principles concerning the Natural Radioactivity of Building Materials》